[유기화학] 18-8. 싸이올과 설파이드 (Thiols and Sulfides)

 

1. 싸이올 (Thiols)

• 싸이올: 알코올의 황 아날로그로, 머캅탄(mercaptans)이라고도 불림.
• 명명법: 알코올과 동일한 시스템을 사용하며 어미에 -ol 대신 -thiol을 붙임.
  • SH 그룹 자체는 머캅토 그룹(mercapto group)이라고 지칭함.

• pKa: 싸이올은 약산성을 띠며 메탄싸이올(CH3SH)의 pKa는 10.3임.
• 황 원자의 전기음성도가 충분히 크지 않아 알코올과 달리 일반적으로 수소 결합을 형성하지 않음.
• 지독한 냄새가 특징이며 스컹크의 악취 성분이나 천연가스/프로판의 누출 감지용 첨가제로 쓰임.

 

2. 싸이올의 합성

• SN2 치환 반응: 할로겐화 알킬에 수소화황 음이온(-SH)과 같은 황 친핵체를 반응시켜 제조함.
  • 단순 SN2 반응 시 생성된 싸이올이 다시 할로겐화 알킬과 반응하여 설파이드 부가물을 형성하는 문제가 있음.
  • 예: 1-Bromooctane + -SH → 1-Octanethiol (83%) + Br-

• 싸이오유레아(Thiourea) 이용: 단순 SN2 반응 시 발생하는 설파이드 부가물 형성을 방지하기 위해 사용함.
  • 예: 1-Bromooctane과 Thiourea((NH2)2C=S)가 반응하여 이소티오요소 염 중간체를 형성하고, 이를 H2O, NaOH로 가수분해하여 1-Octanethiol과 Urea를 얻음.

 

3. 싸이올의 산화와 생물학적 중요성

• 이황화물 형성: 싸이올은 Br2 또는 I2에 의해 산화되어 이황화물(disulfides, RSSR')을 형성함.
  • 반응식: 2 R-SH + I2 (Zn, H+ 처리 시 역반응) → R-S-S-R + 2 HI
• 가역성: 이 반응은 가역적이며, 이황화물은 아연(Zn)과 산(H+) 처리를 통해 다시 싸이올로 환원될 수 있음.

• 생물학적 역할: 단백질의 3차원 구조를 유지하는 이황화물 다리 형성에 필수적임.
  • 반응 예시: 글루타티온(GSH) 2분자가 H2O2에 의해 산화되면 이황화물 형태인 GSSG가 되고, 이는 FADH2에 의해 다시 GSH로 환원됨.

 

4. 설파이드 (Sulfides)

• 에테르의 황 아날로그로 명명법은 에테르 규칙을 따름. (예: Dimethyl sulfide, Methyl phenyl sulfide)
• 복잡한 경우 alkylthio 접두사를 사용함. (예: 3-(Methylthio)cyclohexene)

• 합성: 싸이올에 NaH를 가해 만든 싸이올레이트 이온(RS-)을 할로겐화 알킬과 SN2 반응시켜 얻음.
  • 반응 예시: Sodium benzenethiolate + CH3I → Methyl phenyl sulfide (96%) + NaI

 

5. 설파이드의 반응

• 설포늄 이온 형성: 황은 산소보다 친핵성이 강해 할로겐화 알킬과 빠르게 반응하여 설포늄 이온(R3S+)을 형성함.
  • 반응 예시: Dimethyl sulfide + CH3I → Trimethylsulfonium iodide
  • 생물학적 예시: 메티오닌(Methionine)이 ATP와 반응하여 S-아데노실메티오닌을 형성함.

• 단계적 산화: H2O2에 의해 설폭사이드(R2SO)로, 과산화산(CH3CO3H)에 의해 설폰(R2SO2)으로 산화됨.
  • 반응 예시: Methyl phenyl sulfide → Methyl phenyl sulfoxide → Methyl phenyl sulfone

• DMSO: 디메틸설폭사이드는 피부 투과력이 뛰어난 대표적인 극성 비양성자성 용매임.

 

Problem 18-16. Name the following compounds:

Answer.

(a) 2-Butanethiol (b) 2,2,6-Trimethyl-4-heptanethiol (c) 2-Cyclopentene-1-thiol

(d) Ethyl isopropyl sulfide (or 2-(Ethylthio)propane) (e) 1,2-Bis(methylthio)benzene (f) 3-(Ethylthio)cyclohexanone

 

Problem 18-17. 2-Butene-1-thiol is one component of skunk spray. How would you synthesize this substance from methyl 2-butenoate? From 1,3-butadiene?

Answer.

1. From methyl 2-butenoate: (1) LiAlH4, ether (2) H3O+; (3) PBr3; (4) (NH2)2C=S (5) NaOH, H2O.
2. From 1,3-butadiene: (1) HBr; (2) (NH2)2C=S (3) NaOH, H2O.